JPS62294255A - 電子写真感光体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔発明の属する技術分野］ 本発明は、光導電層としてアモルファスシリコン（ａ−
３ｉ）を用いた電子写真感光体に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来、電子写真感光体として例えばアモルファスＳｅ、
またはアモルファスＳｅにＡｓ、　Ｔｅ、　Ｓｂ等の不
純物をドープした感光体、あるいはＺｎＯやＣｄＳを樹
脂バインダーに分散させた感光体等が使用されている。

しかしながら、これらの感光体は耐熱性。

環境汚染性１機械的強度の点で問題がある。

近年、光導電層としてアモルファスシリコンを用いるこ
とによって、これら従来の電子写真感光体の欠点を解決
する技術が提案されている。蒸着あるいはスパッタリン
グによって作製されたａ−３ｉは暗所での比抵抗が１０
５ΩＣ１１ｌと低く、また、先導重度が極めて小さいの
で電子写真感光体としては望ましくない。このようなａ
−３ｉでは、５ｉ−３ｉ結合が切れた、いわゆるダング
リングボンドが生成し、この欠陥に起因してエネルギー
ギャップ内に多くの局在準位が存在する。このために熱
励起担体のホッピング伝導が生じて暗比抵抗が小さくな
り、　　　　。

また光励起担体が局在準位に捕獲されるために光導電性
が悪くなっている。

これに対してシランガス（Ｓ　ｉ　Ｈ、）のグロー放電
分解又は元ＣＶＤによって作製した水素化アモルファス
シリコン（ａ−５ｉ　（Ｈ）　）　　では上記欠陥を水
素原子（）Ｉ）　　で捕獲し、ＳｉにＨを結合させるこ
とによってダングリングボンドの数を大幅に低減できる
ので光導電性が極めて良好になり、ｎ型及びｎ型の価電
子制御も可能となったが、暗比抵抗値は高々１０＠〜１
０９ΩＣｌ１１であって電子写真感光体として充分な１
０１２ΩＣ１１１以上の比抵抗値に対して未だ低い。従
ってこのようなａ−５ｉ（Ｈ）からなる感光体は表面電
位の暗減衰速度が大きく初期帯電位が低い。しかし、こ
のようなａ−３ｉ（）Ｉ）にほう素を適量ドープすれば
、比抵抗を１０′２ΩＣＩｎ以上まで高めて電荷保持機
能を付与することができ、カールソン方式による複写プ
ロセスに適用することを可能にしている。

このようなａ−Ｓｉ（Ｈ）を表面層とする感光体は、初
期的には良好な画像が得られるものの、長期間大気中あ
るいは高湿中に保存しておいた後で画像評価した場合、
しばしば画像不良を発生することが判明している。また
、多数回複写プロセスを経験すると次第に画像ぼけを生
じてくることもわかっている。このような劣化した感光
体は特に高湿中において、画像ぼけを発生しやすく、複
写回数が増すと画像ぼけを生じ始める臨界湿度はしだい
に下がる傾向があることが確かめられている。

上述のごと＜　、ａ−３ｉ（）１）　ＦＳ光体は長期に
わたって大気や湿気にさらされることにより、あるいは
複写プロセスにおけるコロナ放電等で生成される化学種
（オゾン、窒素酸化物１発生機酸素等）により、感光体
最表面が影響を受けやすく何らかの化学的な変質によっ
て画像不良を発生するものと考えられているが、その劣
化メカニズムについてはこれまでに、まだ十分な検討は
なされていない。

このような画像不良の発生を防止し、耐刷性を向上する
ために、ａ−Ｓｉ　（Ｈ）　　感光体の表面に保護層を
設けて化学的安定化を図る方法が試みられている。

例えば、表面保護層として水素化アモルファス炭化シリ
コン（ａ−８！ｘｃ＋−ｘ（Ｈ）　、　０　＜　Ｘ　＜
　１　）　、あるいハ水素化アモルファス窒素化シＩＪ
　コン（ａ−３ｉｘＮｌ−、（）Ｉ）、　０　＜　Ｘ　
＜　１）　　を設けることによって感光体表面層の複写
プロセスあるいは環境雰囲気による劣化を防ぐ方法が知
られている（特開昭５７−１１５５５９号公報）。しか
し、表面保護層中の炭素濃度あるいは窒素濃度を最適な
値に選べば耐刷性をかなり改良できるが、この時ａ−３
ｉ（）Ｉ）　　とａ−３ｉｔ−ＸＣＸ（Ｈ）　、　ａ−
３ｉ　、−パｘ　（Ｈ）との材料的異質性緩和のためバ
ッファ層を必要とする。このバフフッ層は結合手の長さ
、エネルギーギャップ等を徐々に変化させることが好ま
しいため、Ｓｉを含むガスとＣまたはＮを含むガスの混
合比を徐々に変化させて生成されていた。このような製
法は工程が複雑化するため好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、長期保存及び繰り返し使用に際しても
劣化現象を起こさず、高湿露囲気中においても画像不良
等の特性の底下がほとんど観測されない、感光体として
の特性が常時安定していてほとんど使用環境に制限を受
けない耐久性、耐刷性、耐湿性に（！れたａ−Ｓ　ｉ系
感光体を提供することにある。

本発明によれば、導電性基体上にアモルファスシリコン
（ａ−５ｉ）系材料からなる光導電層を存し、その光導
電層がアモルファス炭素バッファ層を介してａ−３＋＋
−ｘｃｘ（Ｈ）　、　ａ−５ｌ＋−ｘＮｘ　、　　好適
にはａ−Ｃ（Ｈ）よりなる表面層で覆われる。この場合
、表面−のエネルギーギャップを、光導電層側かろ表面
側に向かって増加させるのが特に望ましい。

ここでａ−５ｉ系の光導電層とは、材料的には水素化ア
モルファスシリコン（ａ−５ｉ　（）Ｉ）　）　　、水
素化弗素化アモルファスシリコン（ａ−５ｉ（Ｆ、）Ｉ
））　　、　水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−３
ｌｌ−ｘｃｘ（Ｈ））（０＜　Ｘ＜１）、水素化弗素化
アモルファス炭化シリコン（ａ−３＋１−ｘｃｘ（Ｆ、
）Ｉ））（０＜　ｘ　＜　１）　　、水素化アモルファ
ス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮｘ（ｆ１））（０＜　ｘ　
＜４／３）　。

水Ｓ、　化弗素化アモルファスシリコン（ａ−３＋０ｘ
（Ｆ　。

Ｈ））（０＜　ｘ　＜　２）　　のうちの少なくとも一
つを用いたーあるいはこれらをドープした層である。

また、アモルファス炭素とは、水素によって炭素未結合
手が安定されたものでａ−Ｃ（Ｈ）で表され、基本的に
は１へあるいは電子線による回升像が明確でなくたとえ
一部が結晶部を含んだとしてもその比率が低いことを意
味している。水素は炭素と結合して少なくとも２９００
ｃ＋ｎ−’近辺に吸収が存在する。炭素未結合手安定化
の手段として、水素以外に弗素、酸累、窒素を含むこと
も有効である。

また、一般的には光導電層と表面層との材料的異質性を
緩和するため、この２層の間にバッファ層を設けること
が多い。アモルファスシリコン系光導電層とアモルファ
ス炭素表面層とのバッファ層としては、ａ−Ｓｉ＋−ｘ
Ｃ＋＋（Ｈ）（０＜　ｘ　＜　１）、ａ−３Ｉ＋−ｘＣ
ｘ（Ｈ，Ｆ）（０＜　ｘ　＜　１）等が知られている（
特願昭６０−６１１６４号明細書参照）。これらのバッ
ファ層はシリコンを含むガス（例えばＳｉＨ，、５ｉ２
Ｈ，、ＳｉＦ４など）と炭素を含むガス（例えばＣＨ，
、Ｃ，Ｈ６゜Ｃ２Ｈ，、Ｃ２）１２．　Ｃ６１’ｌｓな
ど）とを混合したガスを原料として製造するため工程が
複雑化し、上記Ｘの値の再現に多くの管理項目が必要と
なる。つまり、単一のガスを原料とすることが好ましい
。

本発明者等は上記の点に着眼し鋭意研究を進めた結果、
炭化水素系の一種類のガスで製造条件を変えることによ
りバッファ層にｔ目当する働きを持つ層を形成すること
が可能となることを見出し、本発明に至ったのである。

すなわち、アモルファス炭素は流量、ガス圧力、ＲＦ主
電力基板温度等の製造条件を変えることにより、その特
性を広い範囲で制御することができる。第３図にはＣ２
Ｈ。

１００　％ガスを用いた場合のガス圧力とエネルギーギ
ャップとの関係を示しである。ｌ、　５ｅＶから３．Ｏ
ｅＶの範囲でエネルギーギャップを制御することが可能
である。この時の他の製造条件はＲＦｉ力２００　Ｗ、
　　基板温度１００℃等である。ガスの種類。

ＲＦ主電力基板温度等を変えた場合、エネルギーギャッ
プの絶対値は少し異なるが成膜ガス圧力により大きく変
化することも本発明者等は見出した。

このことから製造条件、特にガス圧力を変化させること
により、光導電層から感光体表面に到るまでの表面層の
エネルギーギャップを制御し、光導電層と表面層との材
料的不整合を防ぎながら表面層を形成することが可能と
なった。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明による感光体の一実施例の構造を示し、
八βまたはステンレス鋼等からなる導電性基体１の上に
ブロッキング層２．　ａ−５ｉ系先光導電３．ａ−Ｃ（
ＩＩ）バ”／７７層４　、　ａ−Ｃ（）Ｉ）あるいはａ
−Ｃ（０゜Ｈ）表面層５が積層されている。導電性基体
！は円筒状、シート状のいずれでも良く、材質的にはガ
ラスあるいは樹脂上に導電処理を施したものでも良い。

ブロッキング層２の目的は、導電性基体ｌからの電荷の
注入を阻止することである。材料的にはＡｆ、０３．＾
ＲＮ、　Ｓｉｎ、　５ｉｎ２．　ａ−３ｉ＋−ｘｃｘ（
Ｆ、Ｈ）。

ａ−３ｉＮ、（Ｈ）ａ−Ｃ（ｔ１）、　ａ−Ｃ（Ｆ）、
　ＩＩ［族または■族元素をドープしたａ−Ｃ（Ｈ）、
　ａ−Ｃ（Ｆ）、　ａ−３ｉ（Ｈ）　　等を使用できる
。

試作例１： 第１図に示す構造を有する感光体を次のようにして製造
した。製造装置は第２図に示すとおりで、真空［１１の
内部に基体１の保持部１２とそれに対向する電極１３が
配置され、保持部１２）電極１３にはそれぞれヒータ１
４，１５が備えられている。トリクロルエチレンで脱脂
洗浄した八βの円筒基体ｌを保持部１２に固定し、真空
Ｆｆｆｌｌ内の圧力を１０−’Ｔｏｒｒになるように排
気ポンプ１６により排気バルブ１７を介して排気する。

基体１の温度を所定温度になるようにヒータ１４及びヒ
ータ１５により加熱する保持部１２と導電性基体ｌは周
方向の膜均一性を出すために回転する。

次に原料ガスの圧力容器２１〜２５の中から成膜に必要
なガス圧力容器バルブ１８を開け、流量調節計１９を通
し、ストップバルブ２０を開けて、真空槽１１の中に供
給する。他のガスについても同様である。

次に、槽内圧力を所定の圧力１例えば０．００１〜５Ｔ
ｏｒｒに調整後、高周波（ＲＦ）電源３１から高周波（
１３゜５６　Ｍ　Ｈｚ　）電力を絶縁材３２を介して対
向電極１３に供給し１３と基体１０間にグロー放電を発
生させて厚さ０．２μｍのブロッキング層２を形成した
。

５ｉＨ４（１００％）流量　　　　　　　　２５０ｃｃ
／分Ｂ２Ｈ６（５０００ｐｐＭ、　！４２ベース）流量
　　２０ＣＣ／分ガス圧　　　　　　　　　　　　　０
．５ＴｏｒｒＲＦ電力　　　　　　　　　　　　５０Ｗ
基体温度　　　　　　　　　　　　２００℃成膜時間　
　　　　　　　　　　　１０分さらにこの上に、同様に
第２図に示した装置に原料ガスとして５ＩＨ４、Ｂ２Ｈ
６を用いて次の条件で光導電層３を厚さ２５μｍ形成し
た。

５Ｉ８４（１００％）流量２００ｃｃ／分Ｂ２Ｈｅ　（
２０ｐｐＭ、　Ｌベース）流量１０ｃｃ／分ガス圧　　
　　　　　　　　　　　１．２ＴｏｒｒＲＦ電力　　　
　　　　　　　　　３００Ｗ成膜時間　　　　　　　　
　　　　３時間さらにこの上に、次の条件でａ−Ｃ（Ｈ
）バッファ層４、表面層５を厚さ０．５μｍ形成した。

バッファ層４　表面層５ Ｃ，Ｈ，（１００％）流量２０ｃｃ／分　　４０ｃｃ／
分ガス圧　　　　　　　０．０４Ｔｏｒｒ　　０．０８
ＴｏｒｒＲＦ電力　　　　　　　２００　Ｗ　　　　２
００　Ｗ基体温度　　　　　　　１００℃　　　１００
℃成膜時間　　　　　　５分　　　　３０分基体温度は
赤外線温度計と熱電対により測定した。

以上のようにして形成した感光体を試料１とする。試料
１における光導電Ｍ３のエネルギーギャップはｌ、　８
ｅＶ　、表面層４の工不ルギーギ丁ツブはバッファ層が
２．　ｌｅＶ　、表面層が２．４ｅＶである。試料１を
カールソン方式の普通紙複写磯に装着し１０万枚のコピ
ーを実施したが、極めて鮮明な画像が得られた。また、
３５℃相対湿度８５％でも′ａ像は鮮明であった。

比較のために、試料１と同様の手順でバッファ層４だけ
がない感光体を作製し、コピーテストを行ったが、３５
℃相対湿度６０％では画像分解能が低下し、画像ぼけが
生じた。従ってこのバッファ層を形成することにより光
導電層３と表面層５との整合が向上する。

バッファ層４１表面Ｂ５の形成のためには必ずしもＣ，
Ｈ，を用いる必要はなく、各（重の炭化水素、例えばＣ
）Ｉ、、　Ｃ２Ｈ６，Ｃ３Ｈ，、Ｃ，Ｌｏ、　Ｃ２Ｌ、
　Ｃ６Ｌ等のガス及びこれらのガスと水素１酸素の混合
ガスの使用が可能である。表面層形成の際の基体温度は
好適には５０〜１５０℃が望ましく、単位ガス量適たり
のガスの分解に要するエネルギーは３００〜２００００
Ｊ／ｃｃが望ましい。ガス圧０．００１０．５Ｔｏｒｒ
が望ましい。成膜時には、外部からバイアス電圧を加え
ることも膜質の制御上有効である。又ＲＦ放電の場合は
自然にバイアスが発生してくる。これを通常は自己バイ
アスと呼んでいるが、このようなバイアス電圧は＋１０
０〜＋５００Ｖ、　−１００〜−１５００Ｖが適してい
る。

表面層５は、アモルファス炭素以外の、例えばａ−３ｉ
ｔ−ｘｃｘ（Ｈ）　　、ａ−３ｉ＋−ｘＮｘｏ１）　　
等でも耐刷性能上の問題はない。

〔発明の効果〕

本発明はａ−５ｉ系感光層を有する電子写真感光体の表
面層としてａ−３ｉｔ−ｘＣｘ（Ｈ）　　、ａ−５ｉ、
−、ＮＸ（Ｈ）　　さらに好適にはａ−ｃ　（）Ｉ）　
層を用い、さらにバッファ層もａ−Ｃ（Ｈ）によって形
成することにより常に、感光体として必要な電気特性を
発揮するとともに、耐刷性、耐湿性に優れた、製造工程
の簡略化された感光体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の１層構成を示す断面図、第
２図：ま本発明の実施に用いる製ａ装置の一例の構成図
、第３図は本発明におけるａ−Ｃ（）１）のガス圧力と
エネルギーギャップの関係を示した図である。 １：導電性基体、２：　ブロッキング層、３ａ−３ｌ系
光導電層、４：　バッファ層、５：ａ−Ｃ表面層。 第１図 ０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　θ
、２０、Ｉ がス圧力（Ｔｏｒｒ　） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）導電性基体上にアモルファスシリコン系材料からな
   る光導電層を有し、該光導電層がバッファ層を介して表
   面層で覆われる電子写真感光体において、該バッファ層
   がアモルファス炭素であることを特徴とする電子写真感
   光体。 ２）特許請求の範囲第１項記載の電子写真感光体におい
   て、表面層がアモルファス炭素であることを特徴とする
   電子写真感光体。 ３）特許請求の範囲第２項記載の電子写真感光体におい
   て、バッファ層及び表面層が同一の原料により生成され
   ていることを特徴とする電子写真感光体。